水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系中的應(yīng)用

王淑玲，王明權(quán)，譚　穎，徐　昆，張文德，王丕新

（1.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春　130022；2.杭州師范大學(xué)，浙江杭州　310014）

水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系中的應(yīng)用

王淑玲2，王明權(quán)1，譚穎1，徐昆1，張文德1，王丕新1

（1.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春130022；2.杭州師范大學(xué)，浙江杭州310014）

該文研究了水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系在國(guó)廢漿料造紙中的留著及濾水性能。研究結(jié)果表明：采用水分散聚合方法合成的雙元助留助濾體系，由于獨(dú)特的合成工藝，使其具有相對(duì)分子質(zhì)量分布窄、溶解速度快等特性，在提高紙漿的留著率及濾水性能的同時(shí)，能提供穩(wěn)定的陽(yáng)離子電荷，適用于處理富含陰離子垃圾的紙漿，降低網(wǎng)下白水濃度，提高白水的回用率。

水分散體；陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺；助留助濾；白水回用

隨著環(huán)境保護(hù)日益被人們所重視，利用廢紙?jiān)旒埣夹g(shù)的不斷發(fā)展，廢紙回收利用率越來(lái)越高。另外，現(xiàn)代紙機(jī)也不斷向高速化、大型化、多網(wǎng)化發(fā)展，由于漿料的多樣化、復(fù)雜化，造紙化學(xué)品種類繁多及白水封閉回用，使造紙網(wǎng)下白水的細(xì)小纖維、無(wú)機(jī)填料以及造紙化學(xué)品殘余累計(jì)量也越來(lái)越多［1-2］。其結(jié)果，一方面造成對(duì)水質(zhì)的污染，增加污水回用難度以及排放處理成本；另一方面填料及化學(xué)品的流失造成浪費(fèi)，也增加了生產(chǎn)成本；因此，根據(jù)造紙工藝流程，從污染源控制入手，優(yōu)選高效的助留助濾體系，提高漿料和化學(xué)品的留著率，降低網(wǎng)下白水濃度，使造紙白水能夠全部回用到生產(chǎn)工藝中，可達(dá)到降廢減排、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用水的目的［3-7］。

水分散型高分子材料的制備技術(shù)是以水為反應(yīng)介質(zhì)，無(wú)需有機(jī)溶劑和表面活性劑；它克服了傳統(tǒng)水溶膠型、乳液型和干粉型產(chǎn)品的諸多技術(shù)問(wèn)題，具有合成生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、能源消耗低、無(wú)粉塵和無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)；其合成條件和方式完全符合“綠色化學(xué)”的發(fā)展方向，是水溶性高分子領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。由于其獨(dú)特的合成工藝，產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量分布窄，相對(duì)分子質(zhì)量可控性強(qiáng)；在不同pH范圍、不同鹽濃度條件下，能提供穩(wěn)定的陽(yáng)離子電荷，在應(yīng)用方便及環(huán)境友好等方面的優(yōu)越性也是顯而易見(jiàn)的［8-9］。

本文中，筆者合成了2種水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，復(fù)配構(gòu)成雙元助留助濾體系［10］，與市場(chǎng)上現(xiàn)有的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行比較，考查了水分散型產(chǎn)品的留著及濾水性能，并進(jìn)行了紙機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，均取得了滿意的效果。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

紙漿，取自浙江宇信紙業(yè)有限公司，100%國(guó)廢紙漿，Zeta電位為-13.1 mV，顆粒電荷（PCD值）為-830 μeq/L。水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺助留劑（CR 6010），陽(yáng)離子度為35%，重均相對(duì)分子質(zhì)量為8.0×106，自制；水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺助濾劑（CD 8010），陽(yáng)離子度為35%，重均相對(duì)分子質(zhì)量為4.0×106，自制。

1.2測(cè)試儀器

瑞士BTG公司生產(chǎn)的DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀，SZP-10纖維Zeta電位儀，PCD-04 Travel顆粒電荷測(cè)定儀。

1.3試驗(yàn)方法

取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的紙漿1 000 mL，加入到DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀中，測(cè)定其留著率和網(wǎng)下白水濃度及濾水效果。測(cè)試條件如下。轉(zhuǎn)速：700 r/min運(yùn)行10 s，800 r/min運(yùn)行10 s，400 r/min運(yùn)行1 s。設(shè)定值：網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度為3.5 g/L，灰分質(zhì)量濃度為1.0 g/L。加藥時(shí)間：第1試劑在第10 s加入，第2試劑在第14 s加入。化學(xué)品配制為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.16%的稀溶液，添加總量為漿料質(zhì)量的200×10-6～530×10-6。

取質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的紙漿500 mL，加入到SZP-10纖維 Zeta電位測(cè)定儀中，檢測(cè)其纖維表面電荷的變化。

取網(wǎng)下白水濾液10 mL，加入到PCD-04 Travel顆粒電荷測(cè)定儀中，測(cè)定其網(wǎng)下白水的顆粒電荷。

2　結(jié)果與討論

2.1水分散雙元助留助濾劑對(duì)留著及濾水的影響

造紙濕部過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，為了加強(qiáng)漿料的濾水性以提高紙機(jī)速度，增加細(xì)小纖維和填料等留著，減少資源浪費(fèi)，提高白水封閉循環(huán)程度，穩(wěn)定濕部運(yùn)行，其高效多功能復(fù)合助留助濾體系至關(guān)重要。該體系歷經(jīng)了單元助留助濾體系、微粒助留助濾體系及雙元助留助濾體系的發(fā)展過(guò)程［11］。

采用DFR-05動(dòng)態(tài)濾水儀測(cè)定留著率和網(wǎng)下白水濃度及濾水效果，考查對(duì)100%國(guó)廢漿料加入不同劑量的水分散型雙元助留助濾劑化學(xué)品時(shí)的留著及濾水情況。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　助留助濾劑用量對(duì)紙漿的保留和濾水性能的影響

如表1所示，加入雙元助留助濾體系后，紙漿的留著和濾水情況均明顯提升。當(dāng)固定助濾劑w（CD 8010）=60×10-6時(shí)，隨著助留劑CR 6010用量的增加，總留著率和灰分留著率呈增加的趨勢(shì)；當(dāng)固定助留劑w（CR 6010）=330×10-6時(shí)，隨著助濾劑CD 8010用量從60×10-6增加到200×10-6，其留著率從78.2%提高到87.5%，100 s濾水從678 g提高到800 g以上。

2.2不同雙元助留助濾體系對(duì)紙漿的留著及濾水的影響

將不同的雙元助留助濾體系分別添加入到100%國(guó)廢漿料中（添加總量為漿料質(zhì)量的400×10-6），包括自制的水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾劑（CIAC）產(chǎn)品及市場(chǎng)上現(xiàn)有的產(chǎn)品（S1和S2），考查對(duì)紙漿的留著及濾水情況。其結(jié)果見(jiàn)圖1和表2。

圖1　不同雙元助留助濾體系對(duì)紙漿的留著（a）及濾水（b）效果

表2　不同雙元助留助濾體系對(duì)紙漿的留著和濾水性能

由圖1和表2可見(jiàn)，當(dāng)紙漿中雙元助留助濾體系添加總量均為400×10-6時(shí)，在總留著率和灰分留著率方面，S2與水分散型產(chǎn)品能提高留著率30百分點(diǎn)左右；S1產(chǎn)品提高20百分點(diǎn)左右。100 s濾水性能和打漿度則是水分散型產(chǎn)品最佳。同時(shí)，使用水分散型產(chǎn)品時(shí)，濾液的PCD、Zeta電位值相對(duì)較高，改變了纖維和細(xì)小組分的表面電荷特性，增加了漿料中細(xì)小纖維和填料的留著，降低了水中細(xì)小纖維濃度，減少了纖維和填料的流失。上述表明，水分散型產(chǎn)品的特殊結(jié)構(gòu)和較高的陽(yáng)離子度適用于處理富含陰離子垃圾的國(guó)廢紙漿。

2.3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)

浙江宇信紙業(yè)有限公司是一家專業(yè)從事高強(qiáng)瓦楞紙類的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷售的企業(yè)。我們與廠家合作在3200高強(qiáng)瓦楞小紙機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，其原工藝中污泥全部回用，網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度達(dá)0.6 g/L以上，較高的白水濃度為造紙污水的后處理和中水回用帶來(lái)較大的壓力。通過(guò)采用水分散型助留助濾劑CR 6010和CD 8010現(xiàn)場(chǎng)復(fù)配使用，紙機(jī)網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度降到0.2 g/L左右，白水濃度下降了66%；成紙的環(huán)壓強(qiáng)度指數(shù)從原來(lái)的6.30 N·m/g提高到7.01 N·m/g。在提高企業(yè)白水回用率的同時(shí)，進(jìn)一步提升了企業(yè)的成紙紙品性能。

3　結(jié)論

（1）采用水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系，可顯著提高漿料的留著和濾水效果，減少化學(xué)品的流失，降低生產(chǎn)成本。

（2）與目前市場(chǎng)上使用的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品相比，水分散型產(chǎn)品在提高紙漿的留著率及濾水性能的同時(shí)，能提供穩(wěn)定的陽(yáng)離子電荷，適用于處理富含陰離子垃圾的紙漿。

（3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)紙機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)表明，水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系可顯著降低網(wǎng)下白水濃度，在提高企業(yè)白水回用率的同時(shí)，也能提升企業(yè)的紙品性能。

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Application of Cationic Polyacrylamide Dispersion as the Retention Drainage Aid of Papermaking Fields

WANG Shu-ling2，WANG Ming-quan1，TAN Ying1，XU Kun1，ZHANG Wen-de1，WANG Pi-xin1
（1.Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Science，Changchun 130022，China；2.Hangzhou Normal University，Hangzhou 310014，China）

In this manuscript，cationic polyacrylamide dispersions are used to construct the two-component retention/ drainage system to investigate its retention and drainage performance for waste paper pulp.The results indicated that cationic polyacrylamide derivated from dispersion polymerization possessed narrow macromolecular distribution and rapid dissolution rate.Moreover，the cationic polyacrylamide dispersions can provide much more cationic charge compared with the common products on current market.This fact facilitates its application for paper pulp with amounts of anionic trash.In addition，the cationic polyacrylamide dispersions can efficiently decrease the white water consistency.In the meanwhile，the paper performance can also be elevated.

water dispersions；cationic polyacrylamide；retention and drainage；white water reuse

TS727+.2

A

1007-2225（2015）02-0032-03

王淑玲女士（1972-），博士，講師，高級(jí)工程師；電話：0571-28868269；E-mail：wsling222@163.jl.com。

王丕新先生（1961-），博士，研究員，博士生導(dǎo)師；主要從事水性樹脂合成方法及結(jié)構(gòu)的研究；電話：0431-85262629；E-mail：pxwang@ciac.jl.cn。

本文文獻(xiàn)格式：王淑玲，王明權(quán)，譚穎，等．水分散型陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系中的應(yīng)用［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（2）∶32-34．

2015-03-06（修回）

浙江省科技發(fā)展計(jì)劃科技特派員專項(xiàng)（20131232i37）